一种降低卷烟烟气中异戊酸的方法
阅读说明：本技术 一种降低卷烟烟气中异戊酸的方法 (Method for reducing isovaleric acid in cigarette smoke ) 是由 徐同广 周骏 王丽达 矫海楠 刘德水 芦楠 张�杰 蒋成勇 白若石 马雁军 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种降低卷烟烟气中异戊酸的方法,该方法包括：采用功能性复合卷烟滤棒对卷烟烟气进行过滤的步骤；所述功能性复合卷烟滤棒的添加材料包括选自大孔容硅胶材料、氨基化MOF材料和亚油酸修饰纳米硅基氧化物中的多种。本发明提供的方法以功能性复合滤棒形式降低卷烟烟气中异戊酸刺激性成分的方法,同时对卷烟成本影响较小。(The invention provides a method for reducing isovaleric acid in cigarette smoke, which comprises the following steps: filtering the smoke of the cigarette by adopting a functional composite cigarette filter stick; the additive material of the functional composite cigarette filter stick comprises a plurality of materials selected from a large-pore-volume silica gel material, an aminated MOF material and a linoleic acid modified nano silicon-based oxide. The method provided by the invention reduces the irritating components of the isovaleric acid in the cigarette smoke in the form of the functional composite filter stick, and has small influence on the cigarette cost.)
技术领域
本发明涉及卷烟烟气吸附领域，尤其涉及一种降低卷烟烟气中异戊酸的方法。
背景技术
卷烟的感官质量与烟气化学成分的种类及浓度密切相关，分布于卷烟烟气气溶胶的气相和粒相物中的化合物种类多达几千种，这些化合物的组成和含量对卷烟的感官品质有着重要的影响，味感还与化学成分的阈值有关，阈值是指能感觉到该成分的最低浓度，一种成分的阈值越小，表示其敏感性越强。卷烟烟气刺激性是指烟气对感官产生的轻微或明显的不适感受，包括对口腔、咽喉和鼻腔的刺激程度。研究表明某些卷烟产生令人不愉快的酸味、苦味、辣味和涩味等是由于烟气中低分子量的挥发性羰基化合物、酚类化合物以及氨等物质具有刺激性作用，非挥发性有机酸在浓度较高时具有强烈的辛辣、灼烧及酸败的气息，这些物质不仅刺激口腔的味觉接收和感觉神经，而且还刺激感觉神经末梢，对卷烟感官品质为负作用。异戊酸挥发性强，在浓度较高时具有特有的不愉快的气味，有较强的、持久的刺激性酸性气味，反映在卷烟主流烟气感官质量上就会出现较强的刺激性和明显杂气。
随着卷烟消费习惯及相关要求的变化，具有较低的刺激性，口感醇和、余味干净，追求舒适性的这类卷烟产品其市场份额正不断扩大和稳固，对舒适型卷烟研发技术的研究和完善日趋重要。如何保持和提升卷烟的感官舒适性，了解清楚哪些化学成分对感官舒适性有重要影响，就可选择性地降低有不良影响的化学成分。对于合理利用卷烟原辅材料、适当选择加工工艺参数和提高卷烟感官质量是很有意义。目前还少有在滤棒中添加吸附材料，利用添加材料与卷烟吸味中不良成分能发生物理或化学吸附作用，实现降低吸味不良成分进入吸食者口腔的相关报道。以复合功能滤棒的形式降低卷烟烟气中异戊酸的需求是目前业界亟待解决的重要课题。
发明内容
本发明提供一种降低卷烟烟气中异戊酸的方法。本发明提供的方法以特定功能性复合滤棒的形式降低卷烟烟气中异戊酸刺激性成分，同时对卷烟成本影响较小。
本发明提供一种降低卷烟烟气中异戊酸的方法，该方法包括：采用功能性复合卷烟滤棒对卷烟烟气进行过滤的步骤；所述功能性复合卷烟滤棒的添加材料包括选自大孔容硅胶材料、氨基化MOF材料和亚油酸修饰纳米硅基氧化物中的多种。
根据本发明提供的降低卷烟烟气中异戊酸的方法，所述添加材料包括大孔容硅胶材料、氨基化MOF材料和亚油酸修饰纳米硅基氧化物。本发明中，通过采用上述添加材料能够从多角度实现对异戊酸的吸附，尤其是通过上述大孔容硅胶材料、氨基化MOF材料和亚油酸修饰纳米硅基氧化物材料间多重吸附作用，从而协同发挥吸附材料的性能。
本发明中，将具有丰富中孔结构的大孔容硅胶材料、特定官能团的氨基化有机-无机杂化材料(氨基化MOF材料)以及亚油酸表面修饰的纳米硅基氧化物进行复合，有利于协同实现对混合型卷烟烟气中刺激性成分异戊酸的有效降低。
根据本发明提供的降低卷烟烟气中异戊酸的方法，所述大孔容硅胶材料、所述氨基化MOF材料和所述亚油酸修饰纳米硅基氧化物的质量比为18～36:8～18:3～6。本发明中，通过采用上述比例，能够使得具有不同孔径和官能团的材料更好地发挥物理吸附和化学吸附作用从而明显降低卷烟烟气中刺激性成分异戊酸的浓度。
根据本发明提供的降低卷烟烟气中异戊酸的方法，所述大孔容硅胶材料的用量为24～26mg/支；所述氨基化MOF材料的用量为12～13mg/支；所述亚油酸修饰纳米硅基氧化物的用量为4～6mg/支。
根据本发明提供的降低卷烟烟气中异戊酸的方法，所述亚油酸修饰纳米硅基氧化物为亚油酸修饰纳米二氧化硅粉体；优选的，所述亚油酸修饰纳米硅基氧化物的制备包括：以硅酸钠和盐酸为原料进行沉淀反应，得到SiO2沉淀，将所述SiO2沉淀与乙醇混合，得到醇分散的SiO2溶胶；然后进行干燥、煅烧，得到纳米二氧化硅粉体；向正己烷溶剂中加入亚油酸和所述纳米二氧化硅粉体，进行超声振荡、搅拌反应、分离、洗涤和干燥，得到所述亚油酸修饰纳米硅基氧化物；优选的，所述沉淀反应过程中，在反应液中添加非离子表面活性剂。
根据本发明提供的降低卷烟烟气中异戊酸的方法，所述氨基化MOF材料为NH2-MIL-101(Fe)MOF材料；优选的，所述氨基化MOF材料的制备包括：将三氯化铁、2-氨基对苯二甲酸和二甲基甲酰胺混合，进行水热反应，洗涤、干燥，即得；所述三氯化铁、2-氨基对苯二甲酸、二甲基甲酰胺的质量体积比为2～4g：0.5～1.5g：60～70ml。
根据本发明提供的降低卷烟烟气中异戊酸的方法，所述大孔容硅胶材料为中孔结构的大孔容硅胶材料；优选的，所述大孔容硅胶材料的比表面积为387m2/g，平均孔径为8.9nm。
本发明中，采用上述具体添加材料，尤其在上述参数下的大孔容硅胶材料、所述氨基化MOF材料和所述亚油酸修饰纳米硅基氧化物能够更好地进行物理吸附和化学吸附，对于吸附刺激性成分方面具有协同效果，从而使得烟气中刺激性组分异戊酸浓度明显降低。
根据本发明提供的降低卷烟烟气中异戊酸的方法，所述功能性复合卷烟滤棒由加料卷烟滤棒和纯醋纤卷烟滤棒复合得到，所述添加材料填充于所述加料卷烟滤棒中。
根据本发明提供的降低卷烟烟气中异戊酸的方法，所述加料卷烟滤棒与所述纯醋纤卷烟滤棒的长度比为1～2.5：1，优选为1.5～2：1。
根据本发明提供的降低卷烟烟气中异戊酸的方法，所述功能性复合卷烟滤棒的制备步骤包括：将大孔容硅胶材料、所述氨基化MOF材料和所述亚油酸修饰纳米硅基氧化物按比例添加到卷烟丝束中，得到加料卷烟滤棒，然后与纯醋纤卷烟滤棒复合，制备功能性复合卷烟滤棒；优选的，还包括将亚油酸修饰纳米硅基氧化物与三醋酸甘油酯进行混合。本发明中，通过将卷烟滤棒设置为上述加料段与纯醋酸纤维段两段式复合结构，采用上述方法，通过不同功能材料的相互作用可以协同实现选择性降低烟气中目标刺激性组分更好的效果。
本发明还提供降低卷烟烟气中异戊酸的功能复合滤棒在常规支卷烟和中支卷烟中的应用。
本发明的有益效果至少在于：本发明方法采用的功能性复合滤棒的复合添加材料原料无毒无害，来源充足，工艺流程简单，制作方便，成本低廉；本发明基于材料的孔径差异和表面官能团能选择性吸附不同尺寸和性质的分子化合物，对不同孔径大小和表面官能团的吸附材料进行复合，研究材料对卷烟烟气中不良感官成分释放量的影响，优化在卷烟滤棒中材料的选择和施加组合。发挥不同材料功能的协同作用降低卷烟烟气中的有害性成分和对感官造成不良影响组分的释放量。本发明在滤棒中的添加工艺简单，不用改动现有的卷烟生产工艺，无需增加辅助设备；复合功能性滤棒能够选择性降低卷烟主流烟气中的刺激性成分，保持卷烟的原有风格基本不变，实现对吸味品质有一定改善和提高的目的，满足消费者的生理需求，提高产品的竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图作简单介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中功能性复合卷烟滤棒的结构示意图；
图2为本发明实施例2中功能性复合卷烟滤棒的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
本发明中，所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
本发明实施例中，所使用的亚油酸修饰纳米硅基氧化物：以硅酸钠和盐酸为原料，通过沉淀反应形成SiO2沉淀，优选在反应液中添加非离子表面活性剂(5％的Triton X-100)控制粒径和分散性。将SiO2沉淀与乙醇以10g：20ml的质量体积比混合，形成醇分散的SiO2溶胶。干燥后在550℃下高温煅烧，获得纳米硅基氧化物纳米SiO2粉体。向正己烷溶剂中加入亚油酸和纳米SiO2粉体(正己烷、亚油酸和纳米SiO2粉体的质量体积比为1000ml：12ml：100g)，超声振荡，搅拌反应。所得产物分离、洗涤、晾干，真空干燥，得到的白色粉末即为亚油酸修饰纳米硅基氧化物。本发明实施例优选将质量比为1:2的所述纳米硅基氧化物和所述亚油酸修饰纳米硅基氧化物分散到三醋酸甘油酯中，所述纳米硅基氧化物和所述亚油酸修饰纳米硅基氧化物与所述增塑剂的质量比为1:10。
本发明实施例中，所使用的氨基化MOF材料：将三氯化铁和2-氨基对苯二甲酸分别溶于二甲基甲酰胺中后，将两种溶液混合并搅拌得到原料混合液；将上述混合液转移至反应釜中水热反应，最后用乙醇洗涤干燥(三氯化铁、2-氨基对苯二甲酸、二甲基甲酰胺的质量体积比为3g：1g：66ml)，即得到NH2-MIL-101(Fe)MOF材料。
本发明实施例中，所使用的具体大孔容硅胶材料的比表面积为387m2/g，平均孔径为8.9nm。
本发明实施例中，将大孔容硅胶材料、氨基化MOF材料、分散了亚油酸修饰纳米硅基氧化物的三醋酸甘油酯按照比例添加到卷烟丝束中制成加料卷烟滤棒，再与纯醋纤卷烟滤棒复合制成功能性复合卷烟滤棒，然后用功能性复合卷烟滤棒制成刺激性成分异戊酸明显降低的卷烟。
本发明实施例提供一种降低卷烟烟气中异戊酸的方法，该方法包括：将大孔容硅胶材料和氨基化MOF材料按一定比例混合通过干法方式添加到滤棒丝束中，纳米硅基氧化物分散到丝束增塑剂三醋酸甘油酯中通过湿法方式添加到滤棒丝束中得到加料卷烟滤棒，然后与纯醋纤卷烟滤棒复合，制成功能性复合卷烟滤棒，将复合滤棒应用于常规支和中支卷烟中来降低卷烟烟气中刺激性成分异戊酸的浓度。
实施例1
本发明实施例提供了一种降低卷烟烟气中异戊酸的方法，该方法包括：将大孔容硅胶材料、氨基化MOF材料、分散了亚油酸修饰纳米硅基氧化物的三醋酸甘油酯按照比例添加到卷烟丝束中制成加料卷烟滤棒，再与纯醋纤卷烟滤棒复合制成功能性复合卷烟滤棒(具体结构见图1)，其中加料卷烟滤棒即加料段的长度15mm，所述复合材料是大孔容硅胶材料、氨基化MOF材料和亚油酸修饰纳米硅基氧化物复合材料，其中大孔容硅胶材料、氨基化MOF材料按照3:1的质量比混合，混配后(大孔容硅胶材料、氨基化MOF材料和亚油酸修饰纳米硅基氧化物)颗粒施加量3.0±0.6mg/mm，亚油酸修饰纳米硅基氧化物按1:10的比例与滤棒增塑剂三醋酸甘油酯混配，亚油酸修饰纳米硅基氧化物颗粒施加量为0.3±0.05mg/mm，只添加在加料卷烟滤棒段；所述纯醋纤滤棒即纯醋纤段的长度为10mm。此功能性复合卷烟滤棒圆周为24.35±0.2mm(具体结构见图1)。加工成复合滤棒后，此实例中大孔容硅胶材料的用量为26mg/支；氨基化MOF材料的用量为13mg/支；所述亚油酸修饰纳米硅基氧化物的用量为6mg/支。然后用功能性复合卷烟滤棒制成刺激性成分异戊酸明显降低的卷烟，本实施例提供一种长84mm的普通卷烟，其中烟丝部分的长度为59mm。卷烟过滤嘴的加料段靠近烟丝，卷烟过滤嘴的纯醋纤段在滤嘴的外端。当卷烟烟气经过功能性复合卷烟滤嘴时，具有不同孔径结构和官能团的添加材料能吸附烟气中的刺激性成分异戊酸。
对照1：以相同步骤，制得使用与本实施例相同结构的纯醋纤滤棒和同样的烟丝制作的卷烟作为对照。采用实施例1功能性复合卷烟滤棒的卷烟主流烟气中异戊酸的释放量与对照相比有明显的降低，降低率为30.07％。
表1实施例1与对照1的释放量及TAV结果
注：味觉活力值(Taste Activity Value，TAV)＝C测定释放量/TPM/C阈值，反映该化合物组分对卷烟感官质量的贡献度，当该值大于1时，表明该化合物对感官体系有贡献，其值越高贡献越大。
实施例2
将大孔容硅胶材料、氨基化MOF材料、分散了亚油酸修饰纳米硅基氧化物的三醋酸甘油酯按照比例添加到卷烟丝束中制成加料卷烟滤棒，再与纯醋纤卷烟滤棒复合制成功能性复合卷烟滤棒(具体结构见图2)，其中所述加料卷烟滤棒即加料段的长度为20mm，所述复合材料是大孔容硅胶材料、氨基化MOF材料和亚油酸修饰纳米硅基氧化物复合材料，其中大孔容硅胶材料与氨基化MOF材料按照2:1的质量比混合，混配后(大孔容硅胶材料、氨基化MOF材料和亚油酸修饰纳米硅基氧化物)颗粒施加量2.0±0.6mg/mm，亚油酸修饰纳米硅基氧化物按1:10的质量比与滤棒增塑剂三醋酸甘油酯混配，亚油酸修饰纳米硅基氧化物颗粒施加量为0.3±0.05mg/mm，只添加在加料卷烟滤棒段；所述纯醋纤滤棒即纯醋纤段的长度为10mm。此功能性复合卷烟滤棒圆周为21.80±0.2mm。加工成复合滤棒后，此实例中大孔容硅胶材料的用量为24mg/支；氨基化MOF材料的用量为12mg/支；所述亚油酸修饰纳米硅基氧化物的用量为4mg/支。然后用功能性复合卷烟滤棒制成刺激性成分异戊酸明显降低的卷烟，本实施例提供一种长94mm的普通卷烟，其中烟丝部分的长度为64mm。卷烟过滤嘴的加料段靠近烟丝，卷烟过滤嘴的纯醋纤段在滤嘴的外端。当卷烟烟气经过功能性复合卷烟滤嘴时，具有不同孔径结构和官能团的添加材料能吸附烟气中的刺激性成分异戊酸。
对照2：以相同步骤，制得使用与本实施例相同结构的纯醋纤滤棒和同样的烟丝制作的卷烟作为对照。采用实施例2中功能性复合卷烟滤棒的卷烟主流烟气中异戊酸的释放量与对照相比有明显的降低，降低率为29.32％。
表2实施例2与对照2的释放量及TAV结果
注：味觉活力值(Taste Activity Value，TAV)＝C测定释放量/TPM/C阈值，反映该化合物组分对卷烟感官质量的贡献度，当该值大于1时，表明该化合物对感官体系有贡献，其值越高贡献越大。
异戊酸在浓度较高时具有特有的不愉快的气味，有较强的、持久的刺激性酸性气味，挥发性强，反映在卷烟主流烟气感官质量上就会出现较强的刺激性和明显杂气，这与卷烟感官质量评价结果一致，采用了功能复合滤棒的卷烟刺激性降低、杂气和余味均要优于对照卷烟。结合卷烟感官评吸结果，功能复合滤棒的使用可显著降低烟气刺激性、杂气，提升口腔舒适性，总体并不影响混合型卷烟的整体香气量及风格特征。
参照烟草行业标准YC/T138-1998《烟草及烟草制品感官评价方法》，对本实施例涉及对实施例和对比例中的卷烟进行感官评价，结果如下：
表3卷烟感官评价结果
项目
实施例1
对照1
实施例2
对照2
光泽
4.5
4.5
4.5
4.5
香气
27.0
26.5
27.0
26.8
协调
5.0
5.0
5.0
5.0
杂气
10.8
10.7
10.8
10.5
刺激性
17.0
16.5
17.2
16.6
余味
21.5
21.5
21.5
21.5
感官评价合计得分
85.8
84.7
86.0
84.9
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
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